(57)【要約】【課題】オペレータの意図した操作を円滑に実現でき、掘削作業時等の疲労を軽減できるようにする。【解決手段】複数のアクチュエータと、このアクチュエータを駆動する駆動装置とを有する建設機械に設けられ、前記アクチュエータを操作する制御信号を前記駆動装置に出力する２軸の力検出式操作装置において、操作力を加える加圧部と、加圧部に加えられた実操作力を各軸方向の操作力として検出するセンサ部と、センサ部で検出した各軸方向の力検出値を、２軸両方向の力検出値に応じて補正して、前記制御信号を出力する演算手段とを設けたことを特徴とする。このことにより、操作装置を斜め押しした時の軸方向の力検出値減少を補正することができ、オペレータの意図した操作を円滑に実現することができる。また、掘削作業時等の疲労を軽減できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアクチュエータと、このアクチュエータを駆動する駆動装置とを有する建設機械に設けられ、前記アクチュエータを操作する制御信号を前記駆動装置に出力する２軸の力検出式操作装置において、
操作力を加える加圧部と、加圧部に加えられた実操作力を各軸方向の操作力として検出するセンサ部と、センサ部で検出した各軸方向の力検出値を、２軸両方向の力検出値に応じて補正して、前記制御信号を出力する演算手段とを設けたことを特徴とする力検出式操作装置。
【請求項２】
請求項１記載の力検出式操作装置において、
前記演算手段は、加圧部に加えられた実操作力を前記２軸両方向の力検出値から算出する実操作力検出手段を備えることを特徴とする力検出式操作装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の力検出式操作装置において、
前記演算手段は、加圧部に加えられた操作力方向を前記２軸両方向の力検出値から算出する操作力方向検出手段を備えることを特徴とする力検出式操作装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の力検出式操作装置において、
前記補正には、加圧部に加えられた操作力方向が２軸のいずれか一方の軸からあらかじめ定めた角度以内にあるときは、この軸方向の力検出値を実操作力と同じ値となるようにする補正を含むことを特徴とする力検出式操作装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の力検出式操作装置において、
前記力検出式操作装置は、指で操作することを特徴とする力検出式操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば油圧ショベル等の建設機械に設けられ、建設機械の作動を制御するのに好適に用いられる建設機械の操作装置に係わり、特に力検出式操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械用操作装置としてのジョイステックレバーのように、建設機械のアタッチメント等を駆動する多種アクチュエータを、１つの操作レバーで操作したいという要求がある。
【０００３】
また、現場サイドではオペレータからの要求として、掘削作業時等の疲労を軽減できるように、腕をあまり動かす必要のない操作レバー装置が求められている。この場合、操作レバーの傾転操作量（ストローク）を小さくすることによって、腕の動きを小さくすることは可能であるが、傾転操作量を小さくするだけでは必ずしもオペレータの負担を軽減できない。
【０００４】
これらの課題を解決するため、力検出式操作装置が提案されている。その一例として、特許文献１に記載の操作レバー装置に用いられている力検出式操作装置がある。
【０００５】
この装置は、作業装置を有する建設機械の運転室内に設けられた操作レバーの把持部側に、十字形状をなして設けられ、オペレータの指先で選択的に押圧操作される前スイッチ部、後スイッチ部、左スイッチ部及び右スイッチ部からなる十字型スイッチと、この十字型スイッチの前スイッチ部、後スイッチ部、左スイッチ部及び右スイッチ部に対応して前記操作レバー内に設けられ、前スイッチ部、後スイッチ部、左スイッチ部及び右スイッチ部の押圧操作に従って互いに独立した検出信号を出力する複数の操作検出手段とからなる構成を採用している。
【０００６】
このように構成することにより、オペレータは操作レバーの把持部を把持した状態で、十字型スイッチの前スイッチ部または後スイッチ部を選択的に押圧操作したときに、これに対応した検出信号を操作検出手段から出力でき、作業装置に設けた複数のアクチュエータのうち一つのアクチュエータを、操作検出手段からの信号によって作動させることができる。また、他のアクチュエータを作動させるときには、十字型スイッチの左スイッチ部または右スイッチ部を選択的に押圧操作すればよく、作業用アクチュエータの作動制御をオペレータの指先操作で円滑に行うことができる。
【特許文献１】特開２０００−２０４５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した従来技術に記載の操作装置で操作した時の、操作装置の右側からの角度θの位置を押圧操作したときの制御信号の出力を図７に示す。図７（ａ）において、θ＝０°またはθ＝９０°の時以外の場合、すなわち斜め方向に操作した場合には各軸方向の操作力が２つのセンサに分散してしまい、検出信号Ｐ１，Ｐ２が減少してしまう。そのため、補正せずにそのまま図７（ｂ）に示すように制御信号Ｐ１’、Ｐ２’として出力されると、オペレータの意図した操作と異なり操作性に問題がある。
【０００８】
例えば、オペレータがθ＝０°で操作を行っている状態から少しθを増加させる方向に操作する場合、オペレータはＰ１’はそのままの値でＰ２’を少しだけ加えたいと思っているにも係わらず、Ｐ１’が減少してしまう。また、θ＝４５°の方向に最大操作をする場合、オペレータはＰ１’，Ｐ２’共に最大値を要求しているのに、Ｐ１’，Ｐ２’共に最大値より小さな値となってしまう。
【０００９】
特に指で操作する場合、操作力範囲が狭いため、掘削作業時等の疲労も溜まり易くなってしまう。
【００１０】
本発明の目的は、上記課題を解決し、オペレータの意図した操作を円滑に実現できる力検出式操作装置を提供することにある。
【００１１】
また本発明の目的は、掘削作業時等の疲労を軽減できる力検出式操作装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、複数のアクチュエータと、このアクチュエータを駆動する駆動装置とを有する建設機械に設けられ、前記アクチュエータを操作する制御信号を前記駆動装置に出力する２軸の力検出式操作装置において、操作力を加える加圧部と、加圧部に加えられた実操作力を各軸方向の操作力として検出するセンサ部と、センサ部で検出した各軸方向の力検出値を、２軸両方向の力検出値に応じて補正して、前記制御信号を出力する演算手段とを設けたことを特徴とする。
【００１３】
このことにより、斜め押しした時の軸方向の力検出値の減少を補正することができ、オペレータの意図した操作を円滑に実現することができる。また、掘削作業時等の疲労を軽減できる。
【００１４】
また、請求項２の発明では、前記演算手段は、加圧部に加えられた実操作力を前記２軸両方向の力検出値から算出する実操作力検出手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３の発明では、前記演算手段は、加圧部に加えられた操作力方向を前記２軸両方向の力検出値から算出する操作力方向検出手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４の発明では、前記補正には、加圧部に加えられた操作力方向が２軸のいずれか一方の軸からあらかじめ定めた角度以内にあるときは、この軸方向の力検出値を実操作力と同じ値となるようにする補正を含むことを特徴とする。
【００１７】
このことにより、斜め方向のある角度までは、軸方向の力検出値か実操作力と同じ値になるので、オペレータの意図した操作を円滑に実現することができ、掘削作業時等の疲労を軽減できる。
【００１８】
また、請求項５の発明では、前記力検出式操作装置は、指で操作することを特徴とする。
【００１９】
このことにより、指での操作力範囲は狭いため、斜め方向に操作したとき各軸方向の力検出値減少の影響は大きいので、この減少を補正する効果は大きく、オペレータの意図した操作を円滑に実現することができ、掘削作業時等の疲労を軽減できる。
【発明の効果】
【００２０】
以上詳述した如く、本発明によれば、操作装置を斜め方向に操作した時の軸方向の力検出値の減少を補正することができ、これにより、オペレータの意図した操作を円滑に実現することができ、掘削作業時等の疲労を軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態による建設機械の操作レバー装置を、油圧ショベルに適用した場合を例に挙げて図１ないし図５を参照して説明する。なお、実施の形態では前述した従来技術と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００２２】
図１（ａ）は、力検出式操作装置の操作部５の上面図を示す。図１（ｂ）は（ａ）中の矢示Ａ−Ａ断面図を示す。図１において、１は円形の操作ボタンで、操作部５の上端面側に配置されて、オペレータの親指等で突起部１Aを中心に上下、左右、斜めと押圧操作されることにより２軸操作される。
【００２３】
３A，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄは操作部５内に十字方向に配置されて、操作検出手段を構成する圧力センサ（全体として圧力センサ３という）である。
【００２４】
ここで、圧力センサ３Ａ〜３Ｄは、例えばダイヤフラム式の圧力センサからなり、ダイヤフラムの変位をストレインゲージ、圧電素子等で検出するものである。また、圧力センサ３Ａ〜３Ｄの上部には前記ダイヤフラムとの間に弾性部材２A〜２Bが配設され、この弾性部材は操作ボタン１を常時上向きに付勢している。
【００２５】
そしてオペレータが上下、左右、斜めと押圧操作したときには、圧力センサ３Ａ〜３Ｄのダイヤフラムに対し弾性部材２を通じて押圧操作力が伝えられる。このとき、圧力センサ３Ａ〜３Ｄは、それぞれのダイヤフラムが押圧操作力に対応して変位することにより、押圧操作力に比例した検出信号を、ハーネス４Ａ〜４Ｄを介して後述のコントローラ１１に互いに独立して出力するものである。
【００２６】
図２は、操作ボタン１を真上側から見たときの、押圧位置を示すイメージ図である。図２において、操作ボタン１の右から角度θの位置を操作力Ｐで押圧操作したときのＰ１〜Ｐ４はそれぞれ圧力センサ３Ａ〜３Ｄでの検出信号である。
【００２７】
図３は、コントローラ１１の構成部分を示すブロック図である。コントローラ１１は、例えばコンピュータを利用してソフト技術で構成される。操作部５の検出信号Ｐ１〜Ｐ４からコントローラ１１内の実操作力演算部１２で実操作力Ｐを演算する。その後、出力演算部１３で制御信号Ｐ１’〜Ｐ４’が演算される。ここでＰ１’〜Ｐ４’はＰ１〜Ｐ４に対応している。
【００２８】
本実施の形態の動作を、図４および図５に従って説明する。
【００２９】
図４（ａ）は、一定操作力Ｐで角度θの位置を押圧操作したときの検出信号Ｐ１、Ｐ２を示し、図４（ｂ）は、コントローラ１１内で補正演算を行い制御信号として出力されるＰ１’、Ｐ２’を示す図である。
【００３０】
この動作を、図５に示したフローチャートで説明する。このフローチャートは、コントローラ内の補正演算処理内容を示すものである。
【００３１】
Ｓ１０１では検出信号Ｐ１、Ｐ２を検出する。
【００３２】
Ｓ１０２ではＰ１，Ｐ２から実操作力Ｐを演算する。
【００３３】
Ｓ１０３ではこの実操作力Ｐがθ＝４５°の位置に加わった場合のＰ１（＝Ｐ２）すなわちＰ４５°を演算する。これは図４（ａ）のＰ１，Ｐ２の交点のＰ１（＝Ｐ２）の値である。
【００３４】
Ｓ１０４ではＰ１とＰ２の大小比較を行い、Ｐ１＞Ｐ２の場合はＳ１０５の演算を行い、Ｐ１≦Ｐ２の場合はＳ１０６の演算を行う。
【００３５】
Ｓ１０５では図４（ｂ）の０≦θ＜４５°の部分の演算を行う。まず制御信号Ｐ１’＝Ｐになる。また、図１（ａ）のＰ１，Ｐ２の交点部分すなわちＰ４５°が図１（ｂ）のＰ４５°’（＝Ｐ）に引き上げられるので、制御信号Ｐ２’は０≦θ＜４５°の間ではＰ２’＝Ｐ２／Ｐ４５°＊Ｐになる。
【００３６】
Ｓ１０６では図４（ｂ）の４５°≦θ≦９０°の部分の演算を行う。制御信号Ｐ２’＝Ｐになり、制御信号Ｐ１’＝Ｐ１／Ｐ４５°＊Ｐになる。
【００３７】
Ｓ１０７では制御信号Ｐ１’、Ｐ２’を出力する。
【００３８】
このような制御信号が出力される結果、オペレータの意図した操作を円滑に実現することができ、掘削作業時等の疲労を軽減できる。
【００３９】
次に図６に示したフローチャートで、本発明の他の実施の形態の動作を説明する。このフローチャートはコントローラ内の補正演算処理内容を示すものであり、この実施の形態では補正係数テーブルを用いる。
【００４０】
Ｓ２０１では、検出信号Ｐ１、Ｐ２を検出する。
【００４１】
Ｓ２０２では、検出信号Ｐ１，Ｐ２から実操作力Ｐを演算する。
【００４２】
Ｓ２０３では、操作力方向θを演算する。
【００４３】
Ｓ２０４では、予め図４（ｂ）の結果が求まるように算出しておいた補正係数テーブルから、補正係数Ｋ１（θ）、ｋ２（θ）を演算する。
【００４４】
Ｓ２０５では、制御信号Ｐ１’＝Ｐ＊Ｋ１、Ｐ２’＝Ｐ＊Ｋ２を演算する。
【００４５】
Ｓ２０６では、制御信号Ｐ１’、Ｐ２’を出力する。
【００４６】
この場合も前述の実施の形態の制御信号と同様の制御信号が出力され、オペレータの意図した操作を円滑に実現することができ、掘削作業時等の疲労を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態による力検出式操作装置の操作部５の上面図（ａ）と、（ａ）中の矢示Ａ−Ａ断面図（ｂ）である。
【図２】図１の操作ボタン１を真上側から見たときの、押圧位置を示すイメージ図である。
【図３】コントローラの構成部分示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態による検出信号を示す図（a）と、制御信号を示す図（ｂ）である。
【図５】本発明の実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の他の実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図７】従来技術での問題点を説明する検出信号を示す図（a）と、制御信号を示す図（ｂ）である。
【符号の説明】
【００４８】
１    操作ボタン
２    弾性部材
３    圧力センサ
４    ハーネス
５    操作部
１１  コントローラ
１２  実操作力演算部
１３  出力演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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